DE102010043243A1 - Wärmetauscher - Google Patents

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Abstract

Ein Wärmetauscher (8) umfasst ein mäandernd geformtes Wärmetauscherrohr (2) und Abschnitte (3) des Wärmetauscherrohrs (2) miteinander verbindende Stege (5). Das Wärmetauscherrohr (2) und die Stege (5) bilden ein Flächengebilde, das einen Innenraum (13) umgibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere zur Verwendung in einem Haushaltskältegerät.
  • Aus DE 10 2008 019 359 A1 ist ein Wärmetauscher mit einem in einer Ebene mäandernd geformten Wärmetauscherrohr und Abschnitte des Wärmetauscherrohrs miteinander verbindenden Lamellen bekannt, bei dem das Wärmetauscherrohr einen abgeflachten Querschnitt aufweist. Der abgeflachte Querschnitt verringert das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche des Wärmetauscherrohrs und ermöglicht so einen schnellen Temperaturausgleich zwischen einem in dem Rohr zirkulierenden Wärmeträgerfluid und einem das Rohr und die Lamellen umgebenden Medium. Um einen schnellen Austausch dieses Mediums zu ermöglichen, benötigt der bekannte, im wesentlichen plattenförmige Verdampfer ausreichenden Freiraum auf beiden Seiten der Platte, in dem sich das Medium bewegen kann. Dies erschwert den Einsatz des bekannten Wärmetauschers in einem Kältegerät. Wenn die Luftzirkulation durch den Wärmetauscher durch Konvektion angetrieben sein soll, muss die Platte im wesentlichen horizontal montiert sein, und beim Hindurchströmen durch die Platte erwärmte Luft muss frei nach oben abfließen können. Bei Haushaltskältegeräten herkömmlicher Bauform ist kein Einbauplatz verfügbar, der diese Anforderungen befriedigend erfüllt. Wenn die Luftzirkulation durch den Wärmetauscher von einem Ventilator angetrieben wird, benötigt dieser einen beträchtlichen Abstand von dem Wärmetauscher, um eine gleichmäßige Verteilung des von ihm angetriebenen Luftstroms auf die gesamte Platte des Wärmetauschers und damit eine effiziente Ausnutzung des Wärmetauschers zu erreichen. Ein solcher großer Abstand geht zu Lasten des nutzbaren Innenraumvolumens des Kältegeräts.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Wärmetauscher zu schaffen, der die hohe Effektivität des eingangs beschriebenen Wärmetauschers erreichen kann, der aber, wenn er in einem Haushaltskältegerät eingebaut wird, weniger Platz als ersterer beansprucht.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Wärmetauscher mit einem mäandernd geformten Wärmetauscherrohr und Stegen, die die Abschnitte des Wärmetauscherrohrs miteinander verbinden und so mit dem Wärmetauscherrohr zusammen ein Flächengebilde bilden, das Flächengebilde einen Innenraum umgebend geformt ist. Um einen intensiven Luftstrom zwischen den Rohrabschnitten und Stege des Wärmetauschers hindurch zu erzeugen, der sich über die gesamte Ausdehnung des Flächengebildes verteilt, genügt es bei diesem Wärmetauscher, den Innenraum unter Über- oder Unterdruck zu setzen.
  • Wenn der Innenraum wenigstens eine Öffnung mit einer Abmessung aufweist, die größer als der Abstand zwischen zueinander benachbarten Stegen oder der Abstand zwischen durch die Stege verbundenen Abschnitten des Wärmetauscherrohrs ist, dann kann an dieser Öffnung zweckmäßigerweise zum Erzeugen des Über- oder Unterdrucks ein Ventilator angebracht werden. Der Ventilator kann unabhängig von dem Wärmetauscher in einem Kältegerät montiert sein; vorzugsweise ist er jedoch mit dem Wärmetauscher in einer in einem Kältegerät als Einheit zu montierenden Baugruppe zusammengefasst.
  • Vorzugsweise ist das Flächengebilde rohrförmig ausgebildet, so dass es zwei Öffnungen an einander gegenüberliegenden Stirnseiten aufweist, und an einer dieser Öffnungen der Ventilator angebracht sein kann.
  • Um einen zum Wärmeaustausch nicht wesentlich beitragenden Luftstrom durch die zweite Öffnung des Rohrs zu unterdrücken, ist die zweite Öffnung vorzugsweise durch ein Wandelement versperrt.
  • Vorzugsweise ist das Flächengebilde als zylindrisches Rohr geformt.
  • Ein solches zylindrisches Rohr kann aus einem plattenförmigen Wärmetauscher auf einfache und preiswerte Weise durch Biegen erhalten werden.
  • Der Querschnitt des Wärmetauscherrohrs ist zweckmäßigerweise in einer zur Oberfläche des Flächengebildes senkrechten Richtung größer als in einer zu der Oberfläche tangentialen Richtung.
  • Um einen Wärmetausch auf großer Oberfläche bei geringem Strömungswiderstand für zwischen den Stegen und den durch sie verbundenen Leitungsabschnitten zirkulierende Luft zu ermöglichen, sind die Stege vorzugsweise als sich in einer zur Oberfläche des Flächengebildes senkrechten Richtung erstreckende Lamellen ausgebildet.
  • Das Wärmetauscherrohr kann ein Extrusionsprofil, vorzugsweise ein Multiport-Extrusionsprofil sein.
  • Um den Wärmeübergang zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem in ihn zirkulierenden Wärmetauscherfluid zu intensivieren, kann das Wärmetauscherrohr wenigstens eine in seinen inneren Hohlraum vorspringende Rippe aufweisen. Die Rippe kann in dem Hohlraum enden, sie kann aber auch bis zu einer gegenüberliegenden Seite des Wärmetauscherrohrs reichen und dessen freien Querschnitt so in mehrere parallele Kanäle unterteilen.
  • Erfindungsgegenstand ist ferner ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, das einen Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Vorzugsweise dient der erfindungsgemäße Wärmetauscher in einem solchen Kältegerät als Verflüssiger.
  • Ein Ventilator ist in einem solchen Kältegerät vorzugsweise so angeordnet bzw. betrieben, dass er um Luft aus dem Wärmetauscher ansaugt und gegen einen benachbart angeordneten Verdichter bläst.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
  • Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers in herkömmlicher Plattenform;
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines zu einem zylindrischen Rohr gebogenen Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
  • 3 einen axialen Schnitt durch den Wärmetauscher der 2;
  • 4 einen ersten alternativen Querschnitt des in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher verwendeten Wärmetauscherrohrs;
  • 5 einen zweiten alternativen Querschnitt des Wärmetauscherrohrs;
  • 6 einen schematischen horizontalen Teilschnitt durch ein Kältegerät, das mit dem Wärmetauscher gemäß der ersten Ausgestaltung ausgestattet ist; und
  • 7 einen radialen Schnitt durch einen Wärmetauscher in Form eines Rechteckrohrs gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers 1 vom aus DE 10 2008 019 359 A1 bekannten Typ, der als Grundbaustein für die Fertigung eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung dient. Ein Wärmetauscherrohr 2 dieses herkömmlichen Wärmetauschers ist als Multiport-Extrusionsprofil (MPE-Profil) aus Aluminium gefertigt. Es umfasst eine Mehrzahl von parallelen geradlinigen Abschnitten 3, die durch Bögen 4 in Reihe verbunden sind. Das Wärmetauscherrohr 2 hat einen langgestreckten Querschnitt, wobei die Längsachse des Querschnitts parallel zur Krümmungsachse der Bögen 4 ist. Zueinander benachbarte geradlinige Abschnitte 3 sind durch eine Vielzahl von plattenförmigen Lamellen 5 verbunden. Die Lamellen 5 bestehen wie das Wärmetauscherrohr 2 vorzugsweise aus Aluminium und sind an den Abschnitten 3 verklebt oder verlötet.
  • Der Wärmetauscher 1 bildet eine im wesentlichen ebene, rechteckige Platte, wobei zwei sich gegenüberliegende Kanten 6 des Rechtecks durch geradlinige Abschnitte 3 des Wärmetauscherrohrs 2 gebildet sind und die Bögen 4 jeweils an den zwei anderen Kanten 7 des Rechtecks liegen.
  • 2 zeigt einen Wärmetauscher 8, der durch Verformen des herkömmlichen Wärmetauschers 1 der 1 zu einem Rohr erhalten ist. Die zwei Rechteckkanten 7 sind einander zugewandt, und die Rechteckkanten 6 sind zu Kreisen verformt, so dass der gesamte Wärmetauscher 8 die Gestalt eines Zylinders mit offenen Stirnseiten hat. Die Lamellen 5 sind nun radial in Bezug auf eine Längsachse des Zylinders orientiert. An die Enden des Wärmetauscherrohrs 2 ist jeweils ein radial orientiertes Anschlussstück 9 angelötet, über die Kältemittel zu- bzw. abfließen kann.
  • 3 zeigt den rohrförmigen Wärmetauscher 1 der 2 in einem Schnitt entlang seiner Längsachse, ergänzt um eine Platte 10, die eine der offenen Stirnseiten des Rohrs verschließt, und um einen Rahmen 11 mit einem daran montierten Ventilator 12, der an der gegenüberliegenden Stirnseite des Rohrs koaxial zur Längsachse des Wärmetauschers 8 angeordnet ist. Wenn der Ventilator 12 in Betrieb ist, erzeugt er je nach Laufrichtung in dem von dem Wärmetauscher 8 umgebenen inneren Hohlraum 13 einen Über- oder Unterdruck, der eine Luftströmung in radialer Richtung zwischen den Lamellen 5 und den nun ringförmig um die Längsachse gebogenen Abschnitten 3 des Wärmetauscherrohrs 2 hindurch antreibt. Die axiale Ausdehnung L des Hohlraums 13 beträgt zwischen dem 1- bis 4fachen seines Durchmessers D, so dass der Druckabfall in Längsrichtung des Hohlraums 13 vernachlässigbar ist. Es wird daher trotz insgesamt kompakter Bauform eine sehr gleichmäßige Verteilung der Luftströmung über die gesamte Oberfläche des Wärmetauschers 8, sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung, erzielt.
  • Das in 1 im Schnitt gezeigte Wärmetauscherrohr 2 ist ein einfaches Rohr mit innen und außen glatten Wänden und einem in der axialen Richtung des Wärmetauschers stark abgeflachten Querschnitt. D. h. die längste Abmessung des Rohrquerschnitts ist in der radialen Richtung orientiert. Sie beträgt wenigstens das Dreifache der in axialer Richtung orientierten kürzesten Abmessung.
  • Um den Wärmeaustausch zwischen dem Rohr 2 und dem in ihm zirkulierenden Wärmeträgerfluid zu intensivieren, ist es nützlich, die innere Oberfläche des Rohrs 2 zu vergrößern. Dies kann, wie in dem alternativen Querschnitt der 4 gezeigt, dadurch geschehen, dass ein oder mehrere Stege 14 einander gegenüberliegende Breitseiten 15 des Wärmetauscherrohrs 2 miteinander verbinden und so dessen inneren Hohlraum in mehrere nebeneinander herlaufende Kanäle 16 unterteilen. Über die an die Enden des Wärmetauscherrohrs 2 angefügten Anschlussstücke 9 stehen diese Kanäle 16 miteinander in Verbindung stehen und werden mit Wärmeträgerfluid versorgt. Vorzugsweise sind die Kanäle 16 an den Anschlussstücken 9 strömungstechnisch parallel geschaltet, denkbar ist aber auch, über entsprechend geformte Anschlussstücke 9 eine serielle Verbindung zwischen den Kanälen 16 herzustellen.
  • Bei der in 5 gezeigten Alternative sind anstelle des die Breitseiten 15 miteinander verbindenden Stegs 14 mehrere Rippen 17 vorgesehen, die jeweils alternierend von den zwei Breitseiten 15 in den inneren Kanal 16 hinein vorspringen, ohne jedoch die jeweils gegenüberliegende Breitseite 15 zu erreichen.
  • 6 zeigt ein Beispiel für die Anordnung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 in einem Haushaltskältegerät. Gezeigt ist ein horizontaler Schnitt durch einen bodennahen rückwärtigen Bereich des Kältegeräts. Eine wärmeisolierende Wand 18 trennt eine Lagerkammer 19 von einem in an sich bekannter Weise an der Rückseite des Geräts ausgesparten Maschinenraum 20. In dem Maschinenraum 20 sind der Wärmetauscher 8 und ein Verdichter 21 gezeigt. Zusätzlich können weitere Aggregate, insbesondere ein Verdunster für aus der Lagerkammer 19 abgeleitetes Kondenswasser, in dem Maschinenraum 20 untergebracht sein.
  • Der Wärmetauscher 8 ist mit seiner Längsachse parallel zur Längsrichtung des Maschinenraums 20 ausgerichtet, und die Laufrichtung des Ventilators 12 ist so gewählt, dass dieser Luft aus dem Hohlraum 13 des Wärmetauschers 1 ansaugt und gegen den Verdichter 21 bläst. So gewährleistet der Ventilator 12 gleichzeitig eine gleichmäßige Durchströmung des Wärmetauschers 1 als auch eine effiziente Kühlung des Verdichters 21.
  • Anstatt wie in 6 dargestellt mit der Platte 10 zu einer Baueinheit verbunden zu sein, könnte der Verdampfer 8 auch in unmittelbarem Kontakt zu einer Seitenwand 22 des Maschinenraums montiert sein, so dass diese die dem Ventilator 12 gegenüberliegende Stirnseite des Wärmetauschers 8 versperrt.
  • 7 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, mit 23 bezeichnet. Dieser Wärmetauscher 23 umfasst vier Wärmetauscher 1 des in 1 gezeigten Typs, die zu einer rohrförmigen Anordnung von quadratischem Querschnitt zusammengefügt sind. Die Wärmetauscher 1 können strömungstechnisch seriell oder parallel verbunden sein. An einer Stirnseite der rohrförmigen Anordnung ist ein Ventilator 12 angebracht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008019359 A1 [0002, 0025]

Claims (15)

  1. Wärmetauscher (8, 23) mit einem mäandernd geformten Wärmetauscherrohr (2) und Abschnitte (3) des Wärmetauscherrohrs (2) miteinander verbindenden Stegen (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherrohr (2) und die Stege (5) ein einen Innenraum (13) umgebendes Flächengebilde bilden.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (13) wenigstens eine Öffnung mit einer Abmessung aufweist, die größer ist als der Abstand zwischen zueinander benachbarten Stegen (5) oder der Abstand zwischen durch die Stege (5) verbundenen Abschnitten (3) des Wärmetauscherrohrs (2).
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde rohrförmig ausgebildet ist.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde als zylindrisches Rohr geformt ist.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde durch Biegen eines plattenförmigen Wärmetauschers (1) erhalten ist.
  6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (13) zwei Öffnungen aufweist, wobei eine der Öffnungen durch ein Wandelement (10) versperrt ist.
  7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ventilator (12), der angeordnet ist, um einen Luftstrom durch den Innenraum (13) anzutreiben.
  8. Wärmetauscher nach Anspruch 2 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (12) in der wenigstens einen Öffnung angeordnet ist.
  9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Wärmetauscherrohrs (2) in einer zur Oberfläche des Flächengebildes senkrechten Richtung größer ist als in einer zu der Oberfläche tangentialen Richtung.
  10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (5) als sich in einer zur Oberfläche des Flächengebildes senkrechten Richtung erstreckende Lamellen (5) ausgebildet sind.
  11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherrohr (2) ein Extrusionsprofil, insbesondere ein Multiport-Extrusionsprofil ist.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherrohr (2) wenigstens eine in seinen inneren Hohlraum (16) vorspringende Rippe (13; 16) aufweist.
  13. Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Kältegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8; 23) als Verflüssiger betrieben ist.
  15. Kältegerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilator (12) angeordnet ist, um Luft aus dem Wärmetauscher (8) gegen einen Verdichter (21) zu blasen.
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